MADERA FLEXIÓN N PLANA

Transcripción

1 Cátedra Ing. José M. Canciani Estructuras I MADERA FLEXIÓN N PLANA

2 MADERA La MADERA es una sustancia orgánica, dura y resistente que constituye el tronco de los árboles y se ha utilizado durante miles de años como material de construcción. n. Está conformada por pequeños tubos que transportan agua, y los minerales disueltos en ella, desde las raíces a las hojas. En esta estructura tubular, los vasos conductores están n dispuestos verticalmente en el tronco.

3 Las propiedades principales de la madera son resistencia, dureza, rigidez y densidad. La densidad suele definir sus propiedades mecánicas puesto que cuanto más densa es la madera, más fuerte y dura es. La resistencia depende de lo seca que esté la madera y de la dirección en la que esté cortada con respecto a la veta. La madera siempre es mucho más fuerte cuando se corta en la dirección de la veta; además, una madera muy resistente a un tipo de esfuerzo no tiene por qué serlo a otros. La madera tiene una alta resistencia a la compresión, en algunos casos comparable, con relación a su peso, a la del acero. Tiene moderada resistencia a la tracción y al corte o cizalladura.

4 La MADERA es un material ANISOTRÓPICO PICO. Según n sea el plano o dirección n que se considere respecto a la dirección n longitudinal de sus fibras y anillos de crecimiento, el comportamiento mecánico del material presenta resultados dispares y diferenciados. Para tener una idea de cómo c se comporta, la madera resiste entre 20 y 200 veces más m s en el sentido del eje del árbol, que en el sentido transversal. Debido a este comportamiento estructural tan desigual, se establecen tres ejes de estudio: Eje tangencial Eje radial Eje axial o longitudinal

5 El eje tangencial es tangente a los anillos de crecimiento y perpendicular al eje longitudinal. El eje radial es perpendicular a los anillos de crecimiento y al eje longitudinal. El eje longitudinal es paralelo a la dirección de las fibras y por ende, al eje longitudinal del tronco.

6 El conocimiento de las propiedades mecánicas de la madera se obtiene a través s de la experimentación, n, mediante ensayos que se aplican al material y que determinan los diferentes valores de esfuerzos a los que puede estar sometida. Ensayos Compresión n paralela a las fibras Es la resistencia de la madera a una carga en dirección n paralela a las fibras, la que se realiza en columnas cortas para determinar la tensión n de rotura, tensión n en el límite l de proporcionalidad y módulo de elasticidad.

7 Compresión n normal a las fibras Es la resistencia de la madera a una carga en dirección normal a las fibras, aplicada en una cara radial, determinando la tensión n en el límite l de proporcionalidad y tensión n máxima. m

8 Flexión n estática tica Es la resistencia de la viga a una carga puntual, aplicada en el centro de la luz, determinando la tensión n en el límite l de proporcionalidad, tensión n de rotura y el módulo m de elasticidad.

9 Corte o Cizalle Es la medida de la capacidad de la pieza para resistir fuerzas que tienden a causar deslizamiento de una parte de la pieza sobre otra. Tracción n paralela a las fibras Es la resistencia a una carga de tracción n en dirección paralela a las fibras.

10 Tracción n normal a las fibras Es la resistencia que opone la madera a una carga de tracción n en la dirección n normal a las fibras. Según n la posición n del plano de falla con respecto a los anillos de crecimiento, se puede distinguir la tracción n normal tangencial y la tracción n normal radial.

11 TABLEROS DE MADERA Los tableros manufacturados se fabrican a partir de maderas de baja calidad o de los restos del aserrado de los árboles. A diferencia de la madera maciza, la conformación de éstas placas le dan las características de un material ISOTROPICO. Los más utilizados por la industria son: 1- CONTRACHAPADO / FENÓLICO 2- ALISTONADO 3- AGLOMERADOS 4- MDF 5- OSB

12 - Tablero CONTRACHAPADO - FENOLICO - TERCIADO Es un panel elaborado en base a finas láminas de madera. Existen diferentes tipos de contrachapados según los diferentes usos y en función de la especie de madera utilizada, el tipo de encolado y la calidad de las chapas.

13 La construcción de todos ellos se basa en la superposición de placas o chapas estructurales de madera alternando el sentido de la fibra y pegadas entre sí. Deben ser simétricos con respecto a la placa o placas centrales (alma). Esta disposición alterna de las fibras (en ángulo recto) compensa la respectiva resistencia a la flexión de cada lámina, lo que le da una gran estabilidad dimensional, una gran resistencia al alabeo y evita una dirección natural de ruptura. Usos Encofrados. Pisos. Entrepisos. Usos diversos en mueblería.

14 - Tablero macizo ALISTONADO Se trata de un tablero macizo que se fabrica pegando listones a tope entre sí. Esto es necesario para obtener tableros anchos y de mayor estabilidad, así como para conseguir un mejor aprovechamiento del tronco. Están formados por listones de madera de longitudes iguales o diferentes, unidos entre sí por medio de un adhesivo o empalmados. El grosor y la anchura de los listones deben ser iguales dentro del mismo tablero.

15 Los tableros de madera alistonada mejora las cualidades naturales de la madera añadiéndole estabilidad, resistencia, elegancia, originalidad, versatilidad y sobre todo el aprovechamiento máximo del producto ya que se fabrican tableros de medidas estándares. Los tableros alistonados están destinados en su mayor parte a la fabricación de todo tipo de muebles. Se emplea frecuentemente para fabricación de gabinetes de cocina, gabinetes de baño, puertas, y una amplia gama de molduras, decoraciones en general, superficies planas, escaleras, aplicaciones de ebanistería. Se comercializan en espesores de entre 15mm. y 40mm. Las maderas empleadas son variadas: pino, cedro, guatambú, lenga, laurel, timbó, lapacho, eucalyptus, urunday, algarrobo, mora, etc.

16 Los tableros alistonados están destinados en su mayor parte a la fabricación de todo tipo de muebles. Se emplea frecuentemente para fabricación de mesadas de cocinas y de baños, puertas, y una amplia gama de molduras, decoraciones en general, superficies planas, escaleras, aplicaciones de ebanistería. Se comercializan en espesores de entre 15mm. y 40mm. Fabricados con maderas de pino, cedro, guatambú, lenga, laurel, timbó, lapacho, eucalyptus, urunday, algarrobo, mora, etc.

17 - Tablero de AGLOMERADO SIN CUBRIR Son hechos con una mezcla de partículas de madera y colas especiales, prensadas en condiciones de presión y temperatura controladas sin ningún acabado posterior. Se obtienen planchas de medidas fijas estandarizadas, con características mecánicas y físicas uniformes y bien definidas.

18 Suele ser de color marrón claro moteado y sus cantos son más irregulares que la superficie. Como consecuencia, los cantos no admiten bien el fresado ni el pintado. Sin embargo su superficie se puede pintar sin problema y admite perfectamente ser chapada o plastificada. Es recomendable para cualquier función en el que no quede visto o para mobiliario muy barato, provisional o de almacén. No se puede utilizar en condiciones de humedad (exteriores, cuartos de baño, etc.) pues tiende a hincharse y no se recupera con el secado.

19 - MDF - Tablero de Fibra de Densidad Media / FibroFácil Tablero aglomerado elaborado con fibras de madera, aglutinadas con resinas sintéticas mediante fuerte presión y calor, en seco, hasta alcanzar una densidad media. Su estructura es uniforme y homogénea y su textura fina que permite que sus caras y cantos tengan un acabado perfecto. Se trabaja prácticamente igual que la madera maciza, pudiéndose fresar y tallar incluso los cantos. La estabilidad dimensional, al contrario que la madera maciza, es óptima, pero su peso es muy elevado. Constituye una base excelente para las chapas de madera. Es perfecto para lacar o pintar.

20 Se puede barnizar (aunque debido a sus características no es necesario). Se encola (con cola blanca) fácilmente y sin problemas. Suele ser de color marrón medio-oscuro y es un tablero de bajo coste económico en el mercado actual.

21 - Tableros de AGLOMERADO o MDF PLASTIFICADOS - Tablero de AGLOMERADO ENCHAPADO

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23 - Tablero de VIRUTAS ORIENTADAS OSB Es un panel estructural de astillas o virutas de madera, orientadas en forma de capas cruzadas para aumentar su fortaleza y rigidez, unidas entre sí mediante adhesivos químicos aplicados bajo alta presión y temperatura. Es un excelente material de construcción, por su resistencia mecánica, rigidez, aislación y capacidad para absorber diferentes solicitaciones. Aunque está constituido de virutas relativamente largas, su superficie es maciza y relativamente lisa, pudiendo ser mejorada cuando se lija, sin perder el aspecto estético característico único del OSB. El tablero OSB varía en su color en función de la especie de madera utilizada en su proceso de fabricación, del sistema de encolado utilizado o de las condiciones de prensado, desde un color amarillo paja hasta un marrón suave.

24 El tablero OSB tiene una amplia aplicación en el sector construcción de viviendas: -Base de cubierta de techo. -Base de pisos para la aplicación de alfombras, pisos de madera, ladrillos, etc. -Escaleras. -Recubrimiento de vigas doble T. -Tarimas. -Paneles divisorios. -Estructuras de muebles. Ataque biológico El tablero OSB no es susceptible de ataques de insectos comunes en climas templados. Trabajar con OSB El tablero OSB se puede cortar con sierra manual o eléctrica y, al igual que el fresado, torneado, lijado o perforado, es perfectamente válida la herramienta comúnmente utilizada para trabajar la madera maciza.

25 - MADERA LAMINADA ENCOLADA La madera laminada encolada constituye un producto de aplicación estructural compuesto por láminas, normalmente de una sola especie de madera. Las láminas de madera se superponen y encolan entre sí por sus caras y en sentido paralelo a las fibras. Tienen una mayor resistencia y rigidez que la madera de construcción normal. Se pueden fabricar con largos de hasta 18 m y dimensiones de hasta 240 x mm. Esto permite crear sistemas de estructuras portantes con grandes aberturas sin apoyos usando al mismo tiempo elementos constructivos más delgados.

26 El sistema permite la fabricación de elementos para cubrir grandes luces y de las mas variadas formas: curvas, arcos, ángulos, ondas, zigzag, para la construcción de cubiertas, cúpulas o aleros.

27 MADERA - Propiedades mecánicas La MADERA tiene un comportamiento elástico stico,, de manera que la deformación n que experimenta bajo la acción n de una carga cesa al desaparecer la misma. Más M s aún, a su comportamiento se define como LINEALMENTE ELÁSTICO STICO,, ya que las deformaciones que experimenta son directamente proporcionales a la magnitud de las cargas a que está sometida. Éste comportamiento se presenta dentro de ciertos límites, l que definen un rango de tensiones admisibles apropiado para la utilización n de éste material en la conformación n de elementos estructurales.

28 El Módulo M de Elasticidad [E] es la propiedad que tiene un material para resistir la deformación n al ser solicitado por fuerzas externas. En la madera, el módulo m de elasticidad varía de manera significativas en las distintas especies y de acuerdo con el grado de humedad. Material ACERO ALUMINIO HORMIGÓN MADERA DURA MADERA SEMI DURA MADERA BLANDA E Módulo de elasticidad Kg/cm²

29 Tabla de Resistencias de diseño recomendadas para maderas crecidas en la Patagonia y Pino Misionero.

30 FLEXIÓN N PLANA Una sección n trabaja a FLEXIÓN N PLANA cuando la resultante de las fuerzas situadas a la izquierda de la misma, activas y reactivas,, es paralela al plano de la sección n y está contenida en un plano perpendicular a ella que pasa por el baricentro G. Si el plano de R coincide con un eje principal de inercia de la sección n (x / y) tendremos FLEXIÓN N PLANA NORMAL. y Para trasladar R al baricentro de la sección es necesario aplicar un par que produce Flexión, y la fuerza trasladada produce Corte. Esta solicitación n compuesta se denomina Flexión n Plana Normal, producto de la superposición n de Flexión donde aparecen tensiones Sigma Ϭ, y Corte donde aparecen tensiones de corte Tau. R R -R G x z

31 FLEXIÓN Al deformarse, las fibras superiores se comprimen y las inferiores es se traccionan. Estas deformaciones de las fibras longitudinales, disminuyen desde los bordes hacia el interior de la viga, generando un plano de fibras que no sufrirá deformación n alguna. Es el plano neutro,, cuya intersección n con el plano medio (plano de dibujo) constituye la línea l neutra n-n o eje neutro. Dichas deformaciones determinan tensiones internas proporcionales a las mismas.

32 CORTE Este tipo de esfuerzo busca cortar el material. Las fuerzas actúan de forma tangencial al área de corte. CRITERIO DE SIGNOS Se establece el criterio de signos para los esfuerzos tangenciales o de corte indicado en el esquema. Si la fuerza que actúan a un lado de la sección tiende a cortar la parte izquierda del cuerpo hacia arriba respecto a la derecha es un esfuerzo cortante positivo.

33 DIMENSIONADO A FLEXIÓN N DE SECCIONES DE MADERA En el dimensionamiento de una estructura se busca que las tensiones de trabajo no superen, en ninguna sección n de la misma y durante toda la vida útil, las tensiones de rotura. De manera que Ϭmax Ϭadm Material Ϭadm - Tensión admisible Kg/cm² ACERO 1400 MADERA DURA 120 a 150 MADERA SEMI DURA 100 MADERA BLANDA 80

34 Análisis de carga, cálculo c de reacciones y diagrama de esfuerzos característicos.

35 Conocidas las solicitaciones en las secciones de una pieza estructural, procedemos a dimensionar la sección n transversal. s s Dimensionar cualquier pieza estructural significa encontrar las dimensiones de la sección n estudiada, de manera de evitar que se produzcan deformaciones permanentes. Se determinan las dimensiones de la sección n para que resista el momento flector máximo m y luego se verifica si resiste el esfuerzo de corte máximo. m

36 Verificacion a la Flexión Ϭmax = Mmax Wx Ϭadm (Wx = módulo resistente de la sección) Wx se determina: 1) aplicando la fórmula del MODULO RESISTENTE para secciones rectangulares Wx = b x h² 6

37 2) utilizando tablas de madera

38 Verificación n al Corte max = 1,5 x Qmax F adm adm = 10% de Ϭadm de flexión adm = 10% de Ϭadm (F = superficie de la sección

39 Ejemplo de dimensionamiento 5 m q=160kg/m Ra=400kg 800kg Rb=400kg Ra = Rb = q x l / 2 = 400 kg Q=400kg + - Q=400kg Qmax = Ra = Rb = 400kg M + 500kgm Mmax = q x l² / 8 = 160kg x 25m / 8 = 500kgm

40 q Adopto una sección para posteriormente verificar si logra evitar la deformación frente al esfuerzo (M) y no romperse por el Q

41 Adopto una sección: 4 x 8 W = 608,25cm3 Verificación a Flexión F = 186,2cm² Fl. = M Wx 50000kgcm = < σ adm 608,25cm³ 9,5cm 19,6cm 82.2kg/cm² < 100kg/cm² verifica Verificación al corte (Tensiones ح ) ح adm. (madera s/dura)= 10 kg/cm² ح max < ح adm 1,5 Q F = 1.5 x 400kg 186cm² = 3.22kg/cm² < 10kg/cm² verifica verifica

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47 Cabaña Alpina 6x11 Eslovenia OFIS Architects

48 Casa de Descanso Florida, USA

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51 CASA JENGA WOODEN HOUSE SOU FUJIMOTO

52 Área central de la EXPO Hannover Herzog + Partner (IEZ Natterer)

53 Edificio de madera - Seattle, Washington, USA. Johnston Architects 360 m2 año 2009